얼음

규칙적인 구조를 가진 자연 발생 결정질 무기질 고체로서 얼음은 광물로 간주됩니다. 물 분자를 기반으로 한 규칙적인 결정 구조를 가지고 있으며, 이는 하나의 산소 원자가 두 개의 수소 원자와 공유 결합으로 연결된 H–O–H 분자로 구성됩니다. 그러나 물과 얼음의 많은 물리적 특성은 인접한 산소와 수소 원자 사이의 수소 결합 형성에 의해 제어됩니다. 이것은 약한 결합이지만 물과 얼음의 구조를 제어하는 데 중요한 역할을 합니다. 물의 특이한 성질 중 하나는 고체 형태의 얼음이 대기압에서 약 8.3% 덜 밀도가 높다는 것입니다. 이는 볼륨 확장이 9%에 해당합니다. 얼음의 밀도는 0 °C와 대기압(101,325 Pa)에서 0.9167–0.9168 g/cm입니다. 물의 밀도는 같은 온도와 압력에서 0.9998–0.999863 g/cm입니다. 액체 물은 4 °C에서 밀도가 가장 높으며, 물 분자가 얼음의 육각형 결정체를 형성하기 시작하면서 밀도가 감소하기 시작합니다. 이는 수소 결합이 분자 간 힘을 지배하여 고체에서 분자의 포장도가 덜 밀집된 결과를 초래하기 때문입니다. 얼음의 밀도는 온도가 낮아짐에 따라 약간 증가하며, −180 °C(93 K)에서 0.9340 g/cm의 값을 가집니다. 물이 얼 때, 부피가 약 9% 증가합니다. 이 확장 효과는 매우 극적일 수 있으며, 얼음 확장은 자연에서 암석의 동결-해빙 풍화와 건물 기초 및 도로의 서리 융기로 인한 손상의 기본 원인입니다. 또한 물 파이프가 얼 때 팽창하는 물의 압력으로 인해 파이프가 터지는 경우 주택의 홍수의 일반적인 원인입니다. 이 과정의 결과로 얼음(가장 일반적인 형태)은 액체 물에 떠 있으며, 이는 지구의 생물권에서 중요한 기능입니다. 이러한 성질이 없다면 자연적인 물체들은 바닥에서 위로 얼어붙어 담수와 해수에서 바닥에 의존하는 동식물이 상실될 수 있다는 주장이 제기되어 왔습니다. 충분히 얇은 얼음 시트는 빛이 통과할 수 있도록 하면서도 바닥을 단기적인 기상 극단으로부터 보호합니다. 이를 통해 박테리아와 조류 식민지에 대한 보호된 환경을 만듭니다. 바다 물이 얼 때, 얼음은 세균, 조류, 요각류 및 환형 동물과 같은 동물에게 먹이를 제공하는 특화된 물고기와 같은 동물에게 먹이를 제공하는 소금물 채널로 가득 차 있습니다. 얼음이 녹을 때, 그것은 동등한 질량의 물을 80 °C까지 가열하는 데 필요한 에너지를 흡수합니다. 녹는 과정 동안 온도는 0 °C에서 일정하게 유지됩니다. 녹는 동안 추가된 모든 에너지는 얼음(물) 분자 간 수소 결합을 깨는 데 사용됩니다. 수소 결합이 충분히 깨져서 얼음이 액체 상태로 간주될 수 있을 때만 온도가 증가하는 데 에너지가 사용됩니다. 얼음에서 물로 전이되는 동안 수소 결합을 깨는 데 소모되는 에너지를 융해 열이라고 부릅니다. 물과 마찬가지로 얼음은 산소-수소(O–H) 결합의 상위 배향의 결과로 스펙트럼의 빨간색 끝에서 빛을 선호하여 흡수합니다. 물과 비교하여 이 흡수는 약간 낮은 에너지로 이동합니다. 따라서 얼음은 약간 녹색이 도는 파란색으로 보입니다. 흡수가 누적되기 때문에 두께가 증가하거나 내부 반사가 빛이 얼음을 통과하는 경로가 길어지면 색 효과가 강해집니다. 빛 흡수 불순물이 존재할 때 다른 색상이 나타날 수 있습니다. 예를 들어, 수질이 좋은 빙산이 불순물(예: 퇴적물, 조류, 공기 방울)을 포함하면 갈색, 회색 또는 녹색으로 보일 수 있습니다.

열 밸러스트로서 얼음은 아이스박스에서 음식물을 냉각하고 보존하는 데 사용됩니다. 얼음 큐브나 빻은 얼음은 음료를 냉각하는 데 사용할 수 있습니다. 얼음이 녹으면서 열을 흡수하여 음료를 0 °C(32 °F) 가까이 유지합니다. 얼음은 배터리 또는 태양광으로 작동하는 팬을 사용하여 뜨거운 공기를 얼음 위로 불어냄으로써 에어컨 시스템의 일부로 사용할 수 있습니다. 이는 정전으로 인해 전기로 작동하는 에어컨이 작동하지 않는 폭염 동안 특히 유용합니다. 얼음은 (다른 냉찜질 팩과 마찬가지로) 혈액 순환을 감소시켜 부종을 감소시키고 얼음을 신체의 일부에 눌러 통증을 줄이는 데 사용할 수 있습니다. 구조적 재료로서 엔지니어들은 1973년 남극의 첫 번째 부유식 얼음 부두를 건설할 때 묶음 얼음의 실질적인 강도를 사용했습니다. 이러한 얼음 부두는 화물 작업 중에 배를 상하차하는 데 사용됩니다. 연합 작전 요원들은 겨울 동안 자연적으로 얼어붙은 맥멀도 사운드의 해수를 사용하여 부유식 부두를 만듭니다. 그들은 부두가 약 6.7m(22피트) 깊이에 도달할 때까지 계속 확장합니다. 얼음 부두는 3~5년의 수명을 가지고 있습니다. 구조물과 얼음 조각은 큰 얼음 덩어리나 물을 뿌려 만드는 경우가 많습니다. 이러한 구조물은 주로 장식적 목적(얼음 성의 경우)으로 사용되며 장기간 거주용으로는 실용적이지 않습니다. 얼음 호텔은 몇몇 추운 지역에서 계절에 따라 존재합니다. 이글루는 주로 눈으로 만든 임시 구조물의 또 다른 예입니다. 추운 기후에서는 얼어붙은 호수와 군도 지역에 도로를 정기적으로 준비합니다. 일시적으로 철도도 얼음 위에 건설된 적이 있습니다. 제2차 세계대전 동안, 프로젝트 하바쿡은 전기도르에서 뗏목(목재 섬유와 얼음을 혼합한 것)을 전함, 특히 항공모함용 자재로 사용할 가능성을 조사하는 동맹국 프로그램이었습니다. 얼음으로 어뢰에 면역된 큰 갑판을 쉽게 건설할 수 있기 때문에 가능했습니다. 소규모 프로토타입이 제작되었지만, 전쟁에서 그러한 선박의 필요성은 전체적으로 건설되기 전에 제거되었습니다. 얼음은 예를 들어 타르예 이순세트와 같은 타악기 연주자에 의해 다양한 악기로 사용되기도 했습니다.